JPH08251492A

JPH08251492A - 高速撮影装置

Info

Publication number: JPH08251492A
Application number: JP7046920A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamada; 茂山田; Masataka Tsuji; 政孝辻; Kenji Mitsui; 健司三井
Original assignee: FUOTORON KK
Current assignee: FUOTORON KK
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JP3707820B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速撮影装置で撮影した画像を簡単な構成で、
しかも効率よく保存できるようにする。【構成】多数の光電変換素子３０を２次元に配列して面
撮像センサ３を構成し、この面撮像センサ３の光電変換
素子群を複数列毎にブロック化して複数のブロックＢ₁
〜Ｂ₁₆に区画し、各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の光電変換素子
列をライン走査してビデオ信号を出力する。そして、各
ブロックの光電変換素子列のラインを選択して並列にラ
イン走査させる走査手段２１と、この走査手段２１をド
ライブさせる駆動回路５と、前記ビデオ信号を圧縮させ
る圧縮部８と、圧縮されたビデオ信号を画像データとし
て保持しておく画像データ記録装置１０とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速ビデオカメラや高速
ビデオシステムに組み込まれる高速撮影装置に係り、特
に動画像を高速で撮影し、得られた画像データを圧縮
し、保持しておく高速撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速ビデオカメラや高速ビデオシステム
には、動画像を高速で撮影する高速撮影装置を組み込ん
だものがある。この高速撮影装置は、動く物体の撮影を
行なう面撮像センサとして例えば固体撮像素子が用いら
れ、この固体撮像素子は、撮影の最小単位である１フレ
ーム分の静止画を順次連続させることにより動画像を得
るようになっている。

【０００３】従来の高速撮影装置において、１フレーム
を高速に撮影する方法として、フレームの読み出し周波
数を高速にしたり、読み出す画素（ピクセル）数を少な
くしたり、あるいは二次元に配列された光電変換素子群
（画素群）を並列に読み出す方法がある。

【０００４】このうち、二次元配列された光電変換素子
群を並列に読み出し高速化を図る手段として、光電変換
素子群を複数列毎にブロック化（以下、列ブロックとす
る）し、各列ブロックを１つのセンサとみなして各列ブ
ロックの連続する走査線を並列にライン走査して読み出
す面撮像センサが開発されている。

【０００５】図１５に面撮像センサを用いて構成され
た、垂直ライン２５６本のセンサを１６のブロックに分
け、１６本の連続したラインを並列に出力するタイプの
高速撮影装置の読み出し例を示す。図中のＢ１〜Ｂ１６
が列ブロックであり、それぞれが１６本の走査ラインと
して構成されている。図１５では、１回のライン走査に
より、Ｂ１ブロックから１６ライン並列に読み出し、こ
の１６ライン並列読み出しが終了すれば、順次Ｂ２ブロ
ック、Ｂ３ブロック、・・・・と切り替え、Ｂ１６ブロ
ックの１６本のラインの並列読み出しで１画面（フレー
ム）分の走査が終了する。このライン走査による出力信
号はＶＴＲや半導体メモリに一旦記憶された後に、受像
ＣＲＴモニタで同じレートの走査が行なわれて映像が再
生表示される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高速撮影装置で撮影し
た画像をデジタル化して、画像データとして伝送した
り、記憶蓄積したりできると大変便利である。しかし、
画像をそのままデジタル化すると、情報量が膨大にな
り、経済的な側面からこれを行なうことは難しかった。

【０００７】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、圧縮手段を用いて画像情報を圧縮させることで、
効率的に画像情報を保存しておくことができる高速撮影
装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明の他の目的は、前記画像情報
の圧縮をより単純な構成で行なうことにある。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、動画像を高
速撮影すると共に高速撮影しても高画質の画像が得ら
れ、かつ全画面読み出しと部分（画面）読み出しで異な
るフレーム速度が得られる高速撮影装置を提供すること
にある。

【００１０】さらにまた、本発明の他の目的は、面撮像
センサの部分読み出し時に列ブロックを構成するライン
走査数を減少させてより一層の高速化を図った高速撮影
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速撮影装
置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、多数の光電変換素子を２次元に配列して面
撮像センサを構成し、この面撮像センサの光電変換素子
群を複数列毎にブロック化して複数のブロックに区画
し、各ブロックの光電変換素子列をライン走査してビデ
オ信号を出力する高速撮影装置において、前記各ブロッ
クの光電変換素子列のラインを選択して並列にラインを
走査させる走査手段と、この走査手段をドライブさせる
駆動回路と、前記ビデオ信号を圧縮させる圧縮手段と、
圧縮されたビデオ信号を画像データとして保持しておく
データ保持手段とを設けたものである。

【００１２】また、請求項２に記載したように、走査手
段は、前記各ブロック共通番目の光電変換素子列のライ
ンを選択して並列にライン走査させるものである。

【００１３】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る高速撮影装置は、請求項３に記載したよう
に、面撮像センサの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の選択
対象領域をライン走査する際、上記選択対象領域のブロ
ックをそれぞれＮ個ずつの小ブロックに区分けすると共
に、走査手段は、各小ブロック共通番目の光電変換素子
列のラインを選択して並列にライン走査させるものであ
る。

【００１４】さらに、請求項４に記載したように、走査
手段は、垂直走査回路と水平走査回路とからなり、上記
垂直走査回路及び水平走査回路は各ブロックあるいは各
小ブロックの共通番目の光電変換素子列を選択して並列
にライン走査させ、かつ選択する走査ラインを逐次切り
換えるように設定したり、請求項５に記載したように、
走査手段は、各ブロックの光電変換素子群の共通位置の
ラインを選択し、ラインの途中の予め決められた位置か
らライン走査開始を可能に設定したものである。

【００１５】

【作用】駆動回路によってドライブされた走査手段は、
各ブロックの光電変換素子列のラインを各ブロックライ
ンを順次選択して並列にライン走査させビデオ信号を得
る。このビデオ信号は、圧縮手段によって情報の中の様
々な冗長分が削除され、その結果ビデオ信号は、より少
ないデータ量であるにもかかわらず、できるだけ忠実に
画像を表すことのできる画像データとして保持手段によ
り保持することができる。なお、走査手段は、各ブロッ
クの共通番目のラインを選択して並列にライン走査させ
ると、より単純な構成で画像圧縮を行なうことができ
る。

【００１６】また、部分読みだし時にブロックの構成を
変更させる一方、このブロックの構成の変更に伴って読
み出すライン数を変更させ、かつ部分読みだし時にも全
画面読み出し時と同じ並列ライン数で出力させることが
できるから、１種類の装置で異なるフレーム速度の画像
が得られる。また、部分画面読み出し時には全ての出力
は有効映像信号となるので、動画像を効率的に高速撮影
することができ、高速撮影しても高画質の画像が得られ
る。また、部分読み出し時にも全画面読み出し時と同じ
並列ライン数で出力され、かつ全ての出力が有効映像信
号であるから、後段側の信号処理装置は、全画面読み出
しも部分画面読み出しも、各ブロックの共通番目の光電
変換素子列ラインを選択して並列にライン走査されるの
で、全体のアウトライン画像は１本あるいは少ない並列
ライン走査で得られ、一層高速化が図れる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る高速撮影装置の実施例に
ついて添付図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の高速撮影装置を高速ビデ
オシステムに適用した例を示す概略ブロック図であり、
この高速ビデオシステムは動く物体を高速度で撮影可能
な撮影カメラ１を有する。この撮影カメラ１は、対物光
学系２を介して動く物体を撮影する面撮像センサ３を備
え、この面撮像センサ３は、二次元的に配列された光電
変換素子群（画素群）を並列にライン走査して読み出す
ものである。また、撮影カメラ１は、面撮像センサ３か
らの出力ビデオ信号を増幅させる増幅器群４、面撮像セ
ンサ３の駆動回路５を内蔵している。

【００１９】撮影カメラ１からは、図２に示すように、
例えば１６本のアナログビデオ信号（Ｎ１〜Ｎ１６）が
増幅器群４で増幅されて並列に出力されるようになって
おり、出力されたアナログビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器
６によりデジタルビデオ信号に変換されて画像記録メモ
リ７に連続的に入力される。

【００２０】画像記録メモリ７は、基本的最低限（例え
ば、２画面相当、この画面相当数は必要に応じて変更可
能）の容量を備えたメモリ部を有している。すなわち、
本実施例では、画像記録メモリ７のメモリ部は、圧縮用
メモリと画像記録用メモリを兼用する、出力ラインに相
当したペアのメモリ７Ａ１〜７Ｐ１及びメモリ７Ａ２〜
７Ｐ２とを備えている。

【００２１】例えば、メモリ７Ａ１〜７Ｐ１に１６チャ
ンネルのデジタルビデオ信号が１画面の画像データ（Ｍ
番目）として記録されていると、面撮像センサから読み
出され、Ａ／Ｄ変換器６から送られるＭ＋１番目の画像
データに相当する１６チャンネルのディジタルビデオ信
号は、メモリ７Ａ２〜７Ｐ２側に記録される。

【００２２】画像記録メモリ７に記憶された画像データ
を圧縮処理して後述する画像データ記録装置に記憶させ
ておきたい場合、メモリ７Ａ１〜７Ｐ１に保持された画
像データは圧縮手段である圧縮部８に送られる。

【００２３】圧縮部８は、圧縮処理を行なう圧縮処理用
ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐを備えている。

【００２４】圧縮部８による圧縮処理は、画像データに
含まれる様々な冗長度を削除して画像情報量を減らすも
のであり、削除したい冗長度によって様々な手段が公知
であるが、その前段階として、画像データをあるエリア
の画素毎のデータ、例えば本実施例の場合、図３に示さ
れるように、８×８の画素のデータ毎にブロック化し
て、このブロックを処理単位（図中１〜Ｍ）として、こ
の処理単位内をランダムアクセスして圧縮処理を行な
う。例えば水平画素が６４である総画素数６４×６４の
光電変換素子群（画素群）をライン走査して読み出され
た画像データをそれぞれ順番に１、２、・・・、６４
（１ライン）、・・・、４０３３、・・・、４０９６
（６４ライン）とすると、処理単位は、図４に示される
ように、連続したラインの画像データとなることが必要
である。

【００２５】並列に出力された画像データは、図２に示
されるように、並列出力数分あるメモリ７Ａ１〜７Ｐ１
（本実施例の場合１６個）に一旦保持（ストア）された
後で読み出され、８×８にブロック化された画素データ
を処理単位として種々の圧縮処理が圧縮処理用ＬＳＩ８
Ａ〜８Ｐで並列に行なわれる。圧縮処理を高速に行なう
ため、圧縮処理用ＬＳＩは、ビデオカメラの１画素の読
み出される速度と同程度の処理スピードを持つことが要
求されるが、画素データが並列に読み出されるため、１
画面の読み出し時間内に処理を終了させるために、複数
個の圧縮処理用ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐ（本実施例の場合１６
個）を使用して１画面を分割して処理している。

【００２６】圧縮処理された画像データは、各ＬＳＩ８
Ａ〜８Ｐにより並列処理された後、順次処理データ記録
メモリ９Ａ〜９Ｐで一旦保持され、データ保持手段であ
るＨＤＤやＩＣメモリ等の画像データ記録装置１０に記
録される。

【００２７】上述した圧縮処理は、１画面の読みだし時
間内に終了するとすれば、次の画面（Ｍ＋２番目）が送
られてくるまでに、メモリ７Ａ２〜７Ｐ２に記録された
画像データを圧縮処理用ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐで処理し（送
られた画像データは、メモリ７Ａ１〜７Ｐ１に記録され
る）、以下、入力される画像データの記録及び圧縮処理
に使用されるメモリをメモリ７Ａ１〜７Ｐ１とメモリ７
Ａ２〜７Ｐ２で交互に切換えれば、面撮像センサ３から
読み出された画像を連続して圧縮処理することができ
る。

【００２８】一方、画像データを直接画像表示したい場
合、メモリ７Ａ１〜７Ｐ１あるいはメモリ７Ａ２〜７Ｐ
２に記憶された画像データは、フレームメモリ１１に１
画面のデータとして再構成されて書き込まれ、このフレ
ームメモリ１１により時系列的に読み出され、撮像時の
速度より低速の連続画像としてフレーム画像を再生す
る。このフレーム画像のデジタルデータはＤ／Ａ変換器
１２によりアナログデータに変換されて映像モニタ１３
に入力され、画像表示される。

【００２９】また、画像データ記録装置１０に記録され
た画像データを呼び出して画像を再生したい場合、画像
データ記録装置１０に記録された画像データは、順次処
理データ記録メモリ９Ａ〜９Ｐに書き込まれる。そして
圧縮処理用ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐによって、今度は伸長処理
されて圧縮処理用メモリ８ａ〜８ｐを介して画像記録メ
モリ７に書き込まれる。そして画像データは、上述した
処理を繰り返してフレーム画像として再生され、映像モ
ニタ１３によって画像表示される。

【００３０】ところで、高速ビデオシステムのシステム
全体の作動コントロールや細部の動作コントロールはマ
イコンやＣＰＵ等から構成されるコントロール部１４で
行なわれる。このコントロール部１４には、後述するブ
ロック選択アドレス発生回路１５及び書き込みアドレス
発生回路１６がバス構成を介して接続されると共に、圧
縮部８、処理データ記録メモリ９、画像データ記録装置
１０、及びフレームメモリ１１がバス構成を介して接続
されている。また、コントロール部１４には、図示しな
い動作センサからのセンサ信号が入力され、このセンサ
信号を入力してコントロール部１４は、システム全体の
制御の他に撮影カメラ１に内臓された面撮像センサ３の
ブロック選択制御、画像記録メモリ７を読み出しフレー
ムメモリを再構築させる制御などを行なう。符号１５は
ブロック選択アドレス発生回路であり、このアドレス発
生回路１５で後述する出力ブロックを選択するようにな
っている。

【００３１】なお、面撮像センサ３の出力ブロック選択
機能は、面撮像センサ３側に持たせることもできる。こ
の場合、動作センサは不要となる。また、面センサに変
えて２組以上のラインセンサを組み合わせてもよい。

【００３２】また、書き込みアドレス発生回路１６は、
画像記録メモリ７に必要なデータを書き込むために、そ
のデータの書き込みアドレスを高速で発生するようにな
っている。なお、画像記録メモリ７からの画像データの
読み出しは比較的低速であり、また、読み出し順が一定
ではないので、前述したようにＣＰＵ等のコントロール
部１４が読み出しアドレスを発生させている。

【００３３】一方、撮影カメラ１に組み込まれる面撮像
センサ３は画像の蓄積や読みだし可能な固体撮像素子１
７からなり、この固体撮像素子１７は駆動回路５からの
ドライブ信号により駆動され、読み出しが開始される。
駆動回路５は、例えば２５MHz のクロックからのクロッ
クパルスにより駆動される。

【００３４】また、固体撮像素子１７は、図５に示すよ
うにＭＯＳ型半導体素子からなるフォトダイオード等の
光電変換素子を多数二次元配列して構成される撮像面
（受光面）２０と、光電変換素子群をライン走査させる
走査手段２１と、この走査手段２１をドライブさせる駆
動回路５と、撮像面２０の走査により他チャンネルアナ
ログビデオ信号Ｓ₁〜Ｓ₁₆を選択して出力する出力選択
回路２２とを有する。また、走査手段２１は垂直行ブロ
ック選択シフトレジスタを構成する第１の走査回路とし
ての垂直走査回路２４と水平列ブロック選択シフトレジ
スタ及び列シフトレジスタを構成する第２の走査回路と
しての水平走査回路２５とを有し、さらに、垂直走査回
路２４は面撮像センサ３の選択対象領域２０ａを効率的
に選択して走査させるために、図５において上部及び下
部領域の第１の垂直走査回路２６ａ、２６ｂと中央領域
の第２の垂直走査回路２７とに区画される。

【００３５】ところで、固体撮像素子１７は図６に示す
ように、画素（ピクセル）を構成する光電変換素子３０
を例えば２６６個の水平列Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒ₂₆₆と２
５６個の垂直行Ｃ₁、Ｃ₂・・・Ｃ₂₅₆（図５参照）に
二次元配列してフォーマット化された撮像面２０を形成
する一方、撮像面２０は縦列方向に沿って例えば１６の
ブロックＢ₁、Ｂ₂・・・Ｂ₁₆に区分される。

【００３６】区分された各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆は横方向
の水平方向に複数行、例えば１６行の光電変換素子列が
形成され、各光電変換素子列により１６本（１６行）の
走査線（ライン）が各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆毎に構成され
る。ブロックＢ₁、Ｂ₂・・・、Ｂ₁₆の各共通番目の走
査線は垂直および水平走査回路２４、２５により並列に
ライン走査されて読み出され、出力選択回路２２から多
チャンネル、１６本のアナログビデオ信号Ｓ₁、Ｓ₂・
・・、Ｓ₁₆が出力されるようになっている。

【００３７】具体的には、面撮像センサ３の固体撮像素
子１６の第１回目の読み出しは、ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の
各第１番目のラインから同時に並列に１６本のラインが
走査され、以後図７に示すように、第２番目、第３番
目、・・・第１６番目のラインがライン走査により順次
読み出され、第１６番目のラインのライン走査の完了に
より１フレーム分（１画面分）の企画面読み出しが終了
するようになっている。

【００３８】二次元配列の光電変換素子３０のうち、水
平方向の光電変換素子数が垂直方向の光電変換素子数よ
り１０個ほど多いのは、ノイズに対する余裕度を持たせ
るためである。

【００３９】また、撮像面２０はブロックの走査方向に
も図５に示すように例えば５つのライン走査開始点Ｈ₁
（第１画素）、Ｈ₂（第６５画素）、Ｈ₃（第９７画
素）、Ｈ₄（第１２９画素）、Ｈ₅（第１９３画素）を
有する。

【００４０】また、駆動回路５から出力されて水平走査
回路２５に入力される水平クロックパルスＨＣ₁、ＨＣ
₂ は水平方向の２６６個の光電変換素子３０のある画
素を読み出すとき、１画素づつ読み出すタイミングとし
て使われる。この水平クロックパルスＨＣ₁、ＨＣ
₂は、水平シフトレジスタ同期パルスＨ₁、Ｈ₂、
Ｈ₃、Ｈ₄、Ｈ₅のいずれかにより水平方向の読み出し
が開始されたとき、この開始時点からＨＣ₁、ＨＣ₂の
クロックパルスで画素の読み出しが行なわれる。このク
ロックパルスＨＣ₁、ＨＣ₂は各々例えば１２．５MHz
で１８０°位相が異なっており、水平走査速度は２５MH
z となる。

【００４１】次に、高速ビデオシステムの動作の概要を
説明する。

【００４２】この高速ビデオシステムは図１に示す撮影
カメラ１のカメラ操作により、カメラの対物光学系（レ
ンズ系）２を通して面撮像センサ３に被写体が結像され
る一方、対物光学系２とは別系統の図示しないレンズを
通して同じ被写体が図示しない動作センサにも結像され
る。

【００４３】動作センサは被写体の動きのある部分をセ
ンサ信号としてＣＰＵ等のコントロール部１４に出力す
る。コントロール部１４はこのセンサ信号を解析し、面
撮像センサ３の選択すべきブロックと選択されたブロッ
ク読み出し順、及び切り替えタイミングを算出し、ブロ
ック選択アドレス発生回路１５に指示する。

【００４４】ブロック選択アドレス発生回路１５は、駆
動回路５を介して面撮像センサ３が出力すべきブロック
を次々に選択し、指示する。ブロック選択アドレス発生
回路１５が駆動回路５を兼ねるようにしてもよい。

【００４５】読み取り指示を受けた面撮像センサ３の各
ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の共通番目の光電変換素子列ライン
が走査手段２１により選択され、選択された１６本のラ
インは並列にライン走査される。

【００４６】撮影カメラ１から出力された１６本の並列
アナログビデオ信号は、各Ａ／Ｄ変換器６によりデジタ
ルビデオ信号に変換される。このビデオ信号は画像記録
メモリ７（メモリ７Ａ１〜７Ｐ１、あるいはメモリ７Ａ
２〜７Ｐ２）に順次記録されるが、その記録場所はコン
トロール部１４により制御される書き込みアドレス発生
回路１６で指定される。画像記録メモリ７は一部リセッ
トしてから記録することができるが、前画面の一部の記
録を一部変更することもできる。前画面の一部変更は、
画像記録メモリ７にストアされた静止状態の画像の一部
だけを撮影カメラ１から出力される画像変化が生じたブ
ロック画像と置換させるもので、置換されたブロック画
像以外は前画面の画像が採用されて１つのフレーム画像
が構成される。

【００４７】画像記録メモリ７（メモリ７Ａ１〜７Ｐ１
に記録された画像データを圧縮するとする）に記録され
た画像を圧縮処理して保存したい場合の、このメモリ７
Ａ１〜７Ｐ１には、それぞれブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の各第
１番目のラインの画像データが保持され、以後２番目、
３番目、・・・、１６番目のラインの画像データが保持
される。このときのメモリ７Ａ１における画像データの
格納状態を図８に示す。図中Ｄ１〜Ｄ１６は、ブロック
Ｂ１の１６本のラインからの画像データである。図８に
示されるように、圧縮処理用メモリ７Ａ１にはブロック
Ｂ１の１６本のラインからの画像データが連続に格納さ
れ、以下メモリ７Ｂ１〜７Ｐ１にも同様に、画像データ
が連続的に格納される。

【００４８】すなわち、圧縮処理を行なう前段階として
８×８のブロック化を行なう際に、従来のＢ１ブロック
から１６ライン並列に読み出し、この１６ライン並列読
み出しが終了すれば、順次Ｂ２ブロック、Ｂ３ブロッ
ク、・・・・と切り替え、最後にＢ１６ブロックの１６
本のラインを並列に読み出す方式では、並列に読み出さ
れた画像データをライン毎に連続的な状態に並べ換える
か、各圧縮処理用ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐのアクセスを制御す
る制御回路を設ける等の方法があるが、本実施例の場
合、各ブロックＢ１〜Ｂ１６の１番目のラインを並列に
読み出し、以下、順次２番目、３番目、…、と切り替
え、最後に各ブロックＢ１〜Ｂ１６の１６番目のライン
を並列に読み出す方式では、その読み出しの終了時に
は、ライン走査からの画像データがライン毎に連続的な
状態でそれぞれメモリ７Ａ１〜７Ｐ１に保持されてい
る。つまり、各圧縮処理用ＬＳＩ８Ａ〜８Ｐに対する各
画像データのマッチングが自動的に行なわれている。し
たがって、画素データの並べ変えを行なわずに、また制
御回路を設けることなしに圧縮処理を行なうことができ
る。

【００４９】一方、画像データを記録しない場合や、画
像データ記録装置１０から呼び出された画像データを再
生する場合には、画像記録メモリ７に記録されたブロッ
ク画像データは、コントロール部１４からの指示により
フレーム画像となるような順序でフレームメモリ１１に
転送される。再生画像信号はＤ／Ａ変換器１２でアナロ
グビデオ信号に変換されて映像（テレビ）モニタ１３に
表示される。

【００５０】次に、この撮影カメラ１により固体撮像素
子１７の撮像面２０に記録された画像の読み出しについ
て説明する。

【００５１】初めに、固体撮像素子１７の撮影面２０を
全面走査する場合、図５に示すように、クロック１８で
駆動される駆動回路５からのドライブ信号として垂直リ
セットパルスＶＲと垂直シフトレジスタクロックパルス
ＶＣが垂直走査回路２４に送られ、この垂直走査回路２
４を駆動させる。垂直走査回路２４は垂直リセットパル
スＶＲによりリセットされ、垂直シフトレジスタクロッ
クパルスにより各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の共通番目のライ
ン（第１番目のライン）Ｙ₁，Ｙ₁₇，Ｙ₃₃，Ｙ₄₉，
Ｙ₆₅，Ｙ₈₁，Ｙ₉₇，Ｙ₁₁₃，Ｙ₁₂₉，Ｙ₁₄₅，Ｙ₁₆₁，
Ｙ₁₇₇，Ｙ₁₉₃，Ｙ₂₀₉，Ｙ₂₂₅，Ｙ₂₄₁を選択し、各
ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第１番目のラインの画像走査動作
を可能にする。

【００５２】また、駆動回路５から水平走査回路２５に
水平リセットパルスＨＲと水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁（第１画素スタート）が送られ、水平走査回路２
５が駆動される。水平走査回路２５は水平リセットパル
スＨＲによりセットされ、水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁により第１画素から順次走査が開始される。

【００５３】これにより、固体撮像素子１７の撮像面２
０に記録された画像は選択された各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆
の第１番目のラインの第１画素Ｒ₁から、１６（行）本
の走査線に沿って並列に同時走査され、この並列ライン
走査により得られたアナログビデオ信号Ｓ₁、Ｓ₂・・
・Ｓ₁₆は出力選択回路２２から出力される。

【００５４】ところで、駆動回路５には水平カウンタが
設けられており、２５６画素を水平走査した時点で水平
リセットパルスＨＲを水平走査回路２５に送って水平走
査を一旦終了させる。次に垂直シフトレジスタクロック
パルスＶＣを垂直走査回路２４に送り、各ブロックＢ₁
〜Ｂ₁₆の第１番目のラインの動作可能を一旦終了させ、
ブロックの読み出しラインを垂直行方向にスキップさせ
る。そして、各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第２番目のライン
Ｙ₂，Ｙ₁₈，Ｙ₃₄，Ｙ₅₀，Ｙ₆₆，Ｙ₈₂，Ｙ₉₈，Ｙ₁₁₄，
Ｙ₁₃₀，Ｙ₁₄₆，Ｙ₁₆₂，Ｙ₁₇₈，Ｙ₁₉₄，Ｙ₂₁₀，Ｙ
₂₂₆，Ｙ₂₄₂を選択し、この第２番目のラインの動作を
可能とする。

【００５５】この後、駆動回路５から水平走査回路２５
に第１画素スタート用の水平シフトレジスタ同期パルス
Ｈ₁を送って各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第２番目のライン
の読み出しを開始する。

【００５６】以後、順次上述した動作を繰り返して各ブ
ロックのｎ番目のラインの読み出しを次々と行なう。各
ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の最終（第１６番目の）ラインの読
み出し終了後に駆動回路５から垂直リセットパルスＶ
Ｒ、垂直シフトレジスタクロックパルスＶＣを垂直走査
回路２４に送り、１フレームの動作が終了し、次の撮像
面２０の画像処理のために、各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第
１番目のラインが再び選択され、動作が可能となる。

【００５７】固体撮像素子１７の出力選択回路２２は、
動作可能な各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆にそれぞれ対応した１
６本の走査線分のアナログビデオ信号Ｓ₁、Ｓ₂・・・
Ｓ₁₆を図示しないＡ／Ｄコンバータに同時に出力するよ
うになっている。動作可能となっていない各ブロックＢ
₁〜Ｂ₁₆の非選択ラインは、画像走査の影響を受けず、
入射光に対応して電荷を蓄積している。

【００５８】次に、固体撮像素子１７の撮像面２０から
撮像エリアである選択対象領域２０ａを選択して走査
（画像処理）する場合を説明する。

【００５９】撮像エリアとしてはブロックＢ₅〜Ｂ₁₂の
矩形部分（撮像面の１／２の選択対象領域）を読み出す
場合を例にとる。

【００６０】この部分読み出しの場合には、クロック１
８により駆動される駆動回路５から垂直走査回路２４に
垂直走査選択信号ＶＳを出力し、垂直走査回路２４を選
択して、第１垂直走査回路２６ａ，２６ｂの走査を停止
させるとともに、中央領域の第２垂直走査回路２７のみ
を動作させる。

【００６１】その際、第２垂直走査回路２７により動作
される固体撮像素子１７の各ブロックＢ₅〜Ｂ₁₂は、図
９に示すようにそれぞれ２つの小ブロックＢ_{5 A}，Ｂ
_{5 B}〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bに区画され、各ブロックを構成す
るライン数を変更させている。

【００６２】すなわち、固体撮像素子１７の撮像面２０
の１／２を選択対象領域２０ａとして選択した場合に
は、選択された各ブロックをＮ個の小ブロックに区画す
ればよい。この場合には、ブロックを構成するライン数
は１／Ｎに減少する。例えば、撮像面全体の１／４を読
み出す場合には、各ブロックを４つの小ブロックに区分
けし、各小ブロックを構成するライン数を４本とすれば
よい。

【００６３】図９に示す固体撮像素子１７の部分読み出
しにおいては、選択対象領域２０ａのブロックＢ₅〜Ｂ
₁₂をそれぞれ２つの小ブロックＢ_{5 A}，Ｂ_{5 B}〜
Ｂ_12A，Ｂ_12Bに分けたので、選択対象領域２０ａの小
ブロック数は全画面読み出し時の全体のブロック数を等
しく、各小ブロックＢ_{5 A}，Ｂ_{5 B}〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの
ライン走査回数を全画面読み出しの１６回から８回に半
減させることができる。

【００６４】また、選択対象領域２０ａのブロックＢ₅
〜Ｂ₁₂をそれぞれ２つの小ブロックＢ_{5 A}，Ｂ_{5 B}〜Ｂ
_12A，Ｂ_12Bに分けてブロックの構成を変化させたの
で、部分画面読み出し時にも全画面読み出し時と同じ並
列ライン数が得られ、読み出しライン数を変えることな
く出力選択回路２２から１６本のアナログビデオ信号を
出力させることができる。

【００６５】この場合、出力選択回路２２は図１０に示
すように、３種類のセレクタ３１，３２，３３を組み合
わせて構成すればよい。各セレクタ３１〜３３は垂直走
査回路２４からの走査ライン選択信号により駆動制御さ
れる。各セレクタ３１〜３３のうちＡセレクタ３１は
「１６ to １」セレクタで１６本の出力から１本が選択
され、Ｂセレクタ３２は「２ to 1 」セレクタ、Ｃセレ
クタ３３は「８ to 1 」セレクタである。

【００６６】しかして、固体撮像素子１７の選択対象領
域２０ａを部分読み出しする場合には、駆動回路５から
出力される垂直走査選択信号ＶＳにより第１垂直走査回
路２６ａ，２６ｂの走査を停止し、第２垂直走査回路２
７のみ動作させる。

【００６７】第２垂直走査回路２７は、駆動回路５から
出力される垂直走査リセット信号ＶＲによりリセットさ
れ、垂直クロックパルスＶＣにより、小ブロック
Ｂ_{5 A}，Ｂ_{5 B}〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの各第１番目のライン
Ｙ₆₅，Ｙ₇₃、Ｙ₈₁，Ｙ₈₉、Ｙ₉₇，Ｙ₁₀₅、Ｙ₁₁₃，Ｙ
₁₂₁、Ｙ₁₂₉，Ｙ₁₃₇、Ｙ₁₄₅，Ｙ₁₅₃、Ｙ₁₆₁，Ｙ
₁₆₉、Ｙ₁₇₇，Ｙ₁₈₅が選択される。

【００６８】一方、水平走査回路２５は、水平走査リセ
ット信号ＨＲによりリセットされ、水平開始位置選択信
号Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₄，Ｈ₅により選択された走査
開始位置により、水平クロックパルスＨＣ₁、ＨＣ₂に
よって走査される。駆動回路５の水平カウンタにより予
め設定された数の水平クロックパルスＨＣ₁、ＨＣ₂が
カウントされると、水平走査リセット信号ＨＲが出力さ
れて水平方向がリセットされる一方、垂直クロックパル
スＶＣが第２垂直走査回路２７に出力され、第２垂直走
査回路２７は、選択ラインを切り替えて小ブロックＢ
_{5 A}，Ｂ_{5 B}〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの各第２番目のラインＹ
₆₆，Ｙ₇₄、Ｙ₈₂，Ｙ₉₀、Ｙ₉₈，Ｙ₁₀₆、Ｙ₁₁₄，
Ｙ₁₂₂、Ｙ₁₃₀，Ｙ₁₃₈、Ｙ₁₄₆，Ｙ₁₅₄、Ｙ₁₆₂，Ｙ
₁₇₀、Ｙ₁₇₈，Ｙ₁₈₆が選択される。そして、水平走査
回路２５が同様に動作して小ブロックの各第２番目のラ
イン走査が行なわれる。

【００６９】各小ブロックＢ_{5 A}、Ｂ_{5 B}〜Ｂ_12A、Ｂ
_12Bのライン走査が終了すると、以後同様の走査が順次
繰り返される。最終の第８番目の選択ラインのライン走
査が終了すると、駆動回路５の垂直カウンタにより垂直
走査リセット信号ＶＲが出力され、次のフレーム画像の
ための読み出し準備に入る。

【００７０】また、駆動回路５から、垂直クロックパル
スＶＣを連続して与えることで、垂直走査をスキップし
て読み出すことができる。例えば、垂直クロックパルス
ＶＣを２パルス連続して与えれば、読み出し速度が２倍
で荒く読み出すことができる。小ブロックＢ_{5 A}，Ｂ
_{5 B}〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの各共通番目のラインをライン走
査させた出力信号は出力選択回路を経て多チャンネル１
６本のアナログビデオ信号として出力端子Ｓ₁〜Ｓ₁₆か
ら出力される。

【００７１】出力選択回路２２は垂直走査回路２４に選
択された各ブロック（あるいは小ブロック）の共通選択
ラインからの出力を出力端子Ｓ₁〜Ｓ₁₆から出力させる
回路である。出力選択回路２２でのライン選択は、垂直
走査回路２４から出力される走査ライン選択信号により
作動制御されるセレクタ３１、３２、３３の切り替えに
より行われる。

【００７２】この出力選択回路２２は、図１０に示すよ
うに、１つの出力端子より１つの所定のブロックあるい
は小ブロックのラインを出力する構成、例えば、出力端
子Ｓ₁から、全画面読み出し時にはブロックＢ₁の１６
ラインを出力し、部分画面読み出し時には小ブロックＢ
_{5 A}の８ラインのアナログビデオ信号を出力するように
なっている。

【００７３】また、固体撮像素子１７の全画面読み出し
時や部分読み出し時に、垂直走査回路２４に出力される
垂直クロックパルスＶＣにより、各ブロックのラインは
図１１（Ａ）に示すように１本が選択され、選択された
ラインが水平走査回路２５で１画素（ピクセル）づつ順
次選択されてライン走査されるが、駆動回路５から垂直
走査回路２４に出力されるライン選択信号（垂直クロッ
クパルスに相当する信号）により、複数のライン、例え
ば図１１（Ｂ）に示すように２本のラインを同時に選択
し、選択された２本のラインの画素を水平走査回路２５
で交互に選択し、水平走査を順次行なうことにより、複
数のラインを１つの出力端子から出力させるようにして
もよい。

【００７４】さらに、固体撮像素子１７の読み出しにお
いて、水平走査回路２５により、水平開始位置選択信号
Ｈ₁、Ｈ₂、Ｈ₃、Ｈ₄、Ｈ₅を適宜選択することによ
り、ラインの読みだし開始位置が適宜選択され、図１２
に示すように、種々の部分読み出しが可能になる。例え
ば、水平開始位置選択信号を選択することにより、各ブ
ロックＢ₁〜Ｂ₁₆のラインの途中１／２の位置から読み
出すことができ、また、Ｈ₅の選択により他の位置から
読み出しを開始させることができる。ラインの読み出し
画素数は水平カウンタでカウントされるので、このカウ
ントによりラインの読み出し開始位置を定めることがで
きる。

【００７５】図１２に示す固体撮像素子の部分読み出し
と、図９に示す部分読み出しとを組み合わせることによ
り、固体撮像素子１７の局所読み出しをより高速で行な
うことも可能になる。

【００７６】実験結果駆動回路５を基準クロック２５MHz で駆動させた場合、
以下の性能を確認できた。

【００７７】

【表１】

【００７８】さらに、ブロックの分け方として前述の例
をダイオードで左右に２分けし左右方向に３２ライン読
み出すことも可能である。

【００７９】図１３及び図１４は、高速撮影装置に備え
られる出力選択回路２２の他の例（符号２２Ａ）を示す
ものである。

【００８０】図１０に示す出力選択回路２２は３種類の
セレクタ３１，３２，３３の存在により、出力選択回路
２２内の信号パスが種々異なり、各ブロックの２５６本
のラインが一様でない。各ラインからの出力負荷が一様
でないことによりアナログビデオ信号の出力に不都合が
生じる恐れがある。

【００８１】図１３及び図１４は、固体撮像素子１７の
各ラインからの出力負荷を等しくした出力選択回路２２
Ａを提供するものである。

【００８２】図１３では、説明を容易にするめ、固体撮
像素子１７を１６ライン、４ブロックＢ₁〜Ｂ₄に分割
し、４出力の構成例を原理的に示している。

【００８３】この出力選択回路２２Ａに備えられるセレ
クタ３５は「４to１」セレクタだけである。また、図１
４において、数字１、２、３、４は全画面読み出し時の
走査回数を示し、出力端子Ｓ₁〜Ｓ₄のいずれかにより
出力されることを示している。丸印の数字、は、部
分画面読みだし時の走査回数をそれぞれ示している。

【００８４】固体撮像素子１７の全画面読みだし時に
は、第１回目のライン走査で各ブロックＢ₁〜Ｂ₄の第
１番目のライン（ライン番号１、５、９、１３）が出力
端子Ｓ₁〜Ｓ₄より出力される。以下、ライン番号はＮ
ｏ．を付して表す。

【００８５】第２回目のライン走査では、出力端子Ｓ₁
からブロックＢ₄のＮｏ．１４ラインが、出力端子Ｓ₂
からブロックＢ₁のＮｏ．２ラインが、出力端子Ｓ₃か
らはブロックＢ₂のＮｏ．６ラインが、出力端子Ｓ₄か
らはブロックＢ₃のＮｏ．１０ラインがそれぞれ出力さ
れる。

【００８６】また、第３回目のライン走査では、Ｓ₁よ
りブロックＢ₃のＮｏ．１１ラインが、Ｓ₂よりブロッ
クＢ₄のＮｏ．１５ラインが、Ｓ₃よりブロックＢ₁の
Ｎｏ．３ラインが、Ｓ₄よりブロックＢ₂のＮｏ．７ラ
インがそれぞれ出力される。

【００８７】さらに、第４回目のライン走査で、Ｓ₁よ
りブロックＢ₂のＮｏ．８ラインが、Ｓ₂よりブロック
Ｂ₃のＮｏ．１２ラインが、Ｓ₃よりブロックＢ₄のＮ
ｏ．６ラインが、Ｓ₄よりブロックＢ₁のＮｏ．４ライ
ンがそれぞれ出力され、１フレーム分のライン走査が終
了し、次のフレームのライン走査に備えられる。

【００８８】また、固体撮像素子１７のブロックＢ₂、
Ｂ₃を選択した選択対象領域の読み出しでは、各ブロッ
クＢ₂、Ｂ₃はそれぞれ２つの小ブロックに分けられ
る。

【００８９】そして、第１回目のライン走査では、Ｓ₁
よりＮｏ．１１ラインが、Ｓ₂よりＮｏ．５ラインが、
Ｓ₃よりＮｏ．９ラインが、Ｓ₄よりＮｏ．７ラインが
それぞれ出力される。

【００９０】第２回目のライン走査では、Ｓ₁よりＮ
ｏ．８ラインが、Ｓ₂よりＮｏ．１２ラインが、Ｓ₃よ
りＮｏ．６ラインが、Ｓ₄よりＮｏ．１０ラインがそれ
ぞれ出力され、２回のライン走査でＮｏ．５〜Ｎｏ．１
２の８ラインが出力される。

【００９１】そして、図１３に示す出力選択回路２２Ａ
を採用すると、各ラインからの出力負荷は等しくなり、
アナログビデオ信号の出力は不都合なくデジタル化され
画像記録メモリ７に記録されるため、再構成には問題が
ない。

【００９２】なお、本発明の一実施例では、固体撮像素
子１７が縦２５６個×横２６６個の光電変換素子を二次
元配列した例を代表的に示したが、二次元配列の素子数
はこれに限定されない。また、固体撮像素子１７の撮像
面を１６の横方向ブロックに区画した例を示したが、ブ
ロックの方向や数もこれに限定されない。

【００９３】さらに、本発明の実施例では撮像センサの
各ブロックに組み込まれる光電変換素子群を水平列方向
に読み出し走査させる例を示したが、垂直列方向に読み
出し走査させるようにしてもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る高速撮
影装置においては、駆動回路によってドライブされた走
査手段はブロック化された光電変換素子列のラインを選
択して並列に走査させてビデオ信号を得る。そしてこの
ビデオ信号を圧縮手段によって圧縮して、データ保持手
段によって保持して所要時に再生可能な構成にしたこと
から、撮影した画像を長期間保存しておくことができ、
またいつでも再生することができる。

【００９５】なお、走査手段は、各ブロックの共通番目
のラインを選択して並列にライン走査させると、各ブロ
ックを圧縮手段により圧縮処理する際において、余分な
回路構成を付加したり、余分な処理を行なう必要がなく
なるため、装置の小形化、圧縮処理の速度の向上等に寄
与する。

【００９６】また、面撮像センサの１／Ｎ（Ｎは２以上
の整数）の選択対象領域をライン走査する際、上記選択
対象領域のブロックをそれぞれＮ個づつの小ブロックに
区分けする一方、走査手段は、各小ブロック共通番目の
光電変換素子の列のラインを選択して並列にライン走査
させることによって、部分画面読み出し時にブロックの
構成を変化させる一方、このブロックの構成の変更に伴
って読み出すライン数を変更させ、かつ部分読み出し時
にも全画面読み出し時と同じ並列ライン数で出力させる
ことができるから、１種類の高速撮影装置で異なるフレ
ーム速度が得られ、かつ部分（画面）読み出し時には、
全ての出力が有効映像（ビデオ）信号となり、動画像を
効率よく高速撮影することができ、高速撮影しても高画
質の画像が得られる。

【００９７】さらに、部分読み出し時にも全画面読み出
し時と同じ並列ライン数で出力され、かつ全ての出力が
有効映像信号であるから、後段側の信号処理装置は全画
面読み出しと部分画面読み出しで区別する必要がなく同
じ形式のものを共用化できる。

【００９８】面撮像センサのライン走査は、全画面読み
出しも部分読み出しも、各ブロックの共通番目の光電変
換素子列ラインを選択して並列にライン走査されるので
全体のアウトライン画像は１本あるいは少ない並列ライ
ン走査で得られ、一層高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速撮影装置を高速ビデオシステ
ムとして適用した例を示す機能ブロック図。

【図２】本発明に係る高速撮影装置の増幅器群、Ａ／Ｄ
変換器、画像記録メモリ、圧縮部の構成を示すブロック
図。

【図３】８×８の画素毎のブロック化を説明する図。

【図４】処理単位１内の画像データの配列を示す図。

【図５】本発明に係る高速撮影装置における固体撮像素
子を示す構成図。

【図６】本発明に係る高速撮影装置における固体撮像素
子における光電変換素子の配置例を示す構成図。

【図７】図６に示す面撮像センサの１ブロック内の横方
向１６ラインの光電変換素子列の読み出し例を示す図。

【図８】本発明に係る高速撮影装置における圧縮処理用
メモリ８ａの画像データ格納状態を示す図。

【図９】本発明の高速撮影装置により面撮像センサの選
択対象領域の読み出し例を示す図。

【図１０】撮像センサに備えられる出力選択回路を例示
する図。

【図１１】（Ａ）は本発明の高速撮影装置に設けられる
走査手段による通常の読み出し例を示す図、（Ｂ）は走
査手段により２ラインを交互に選択して読み出す例を示
す図。

【図１２】高速撮影装置によって面撮像センサの部分読
み出しを行なう他の例を示す図。

【図１３】図１０に示した出力選択回路の変形例を示す
図。

【図１４】図１３の出力選択回路を使用して読み出す例
を示す図。

【図１５】従来の高速撮影装置を用いた読み出し例を示
す図。

【符号の説明】

１撮影カメラ２対物光学系３撮像センサ４増幅器群５駆動回路６Ａ／Ｄ変換器７Ａ１〜７Ｐ１メモリ７Ａ２〜７Ｐ２メモリ８圧縮部８Ａ〜８Ｐ圧縮処理用ＬＳＩ９Ａ〜９Ｐ処理データ記録メモリ１０画像データ記録装置１１フレームメモリ１２Ｄ／Ａ変換器１３映像モニタ１４コントロール部１５ブロック選択アドレス発生回路１６書き込みアドレス発生回路１７固体撮像素子２０撮像面２０ａ選択対象領域２１走査手段２２出力選択回路２４垂直走査回路２５水平走査回路２６ａ，２６ｂ第１垂直走査回路２７第２垂直走査回路３０光電変換素子３１，３２，３３，３５セレクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の光電変換素子を２次元に配列して
面撮像センサを構成し、この面撮像センサの光電変換素
子群を複数列毎にブロック化して複数のブロックに区画
し、各ブロックの光電変換素子列をライン走査してビデ
オ信号を出力する高速撮影装置において、前記各ブロックの光電変換素子列のラインを選択して並
列にライン走査させる走査手段と、この走査手段をドラ
イブさせる駆動回路と、前記ビデオ信号を圧縮させる圧
縮手段と、圧縮されたビデオ信号を画像データとして保
持しておくデータ保持手段とを設けたことを特徴とする
高速撮影装置。
【請求項２】走査手段は、前記各ブロック共通番目の
光電変換素子列のラインを選択して並列にライン走査さ
せる請求項１記載の高速撮影装置。
【請求項３】面撮像センサの１／Ｎ（Ｎは２以上の整
数）の選択対象領域をライン走査する際、上記選択対象
領域のブロックをそれぞれＮ個ずつの小ブロックに区分
けすると共に、走査手段は、各小ブロック共通番目の光
電変換素子列のラインを選択して並列にライン走査させ
る請求項１記載の高速撮影装置。
【請求項４】走査手段は、垂直走査回路と水平走査回
路とからなり、上記垂直走査回路及び水平走査回路は各
ブロックあるいは各小ブロックの共通番目の光電変換素
子列を選択して並列にライン走査させ、かつ選択する走
査ラインを逐次切り換えるように設定した請求項１記載
の高速撮影装置。
【請求項５】走査手段は、各ブロックの光電変換素子
群の共通位置のラインを選択し、ラインの途中の予め決
められた位置からライン走査開始を可能に設定した請求
項１記載の高速撮影装置。
【請求項６】走査手段は、各ブロックの光電変換素子
群の複数のラインを選択し、選択された複数のラインを
跨ぐように交互に走査させた請求項１記載の高速撮影装
置。
【請求項７】走査手段によりライン走査される各ブロ
ックの光電変換素子群を並列に列方向に読み出す出力選
択回路を設け、この出力選択回路から各走査ラインの映
像信号を出力するようにした請求項１記載の高速撮影装
置。